Aumento de transferencia de calor mediante generadores de vórtice longitudinales en régimen turbulento, variando su altura en un intercambiador de calor de placas

Abstract

En las últimas décadas, el interés en los generadores de vórtices longitudinales (GVL) ha crecido considerablemente debido a sus excelentes propiedades y aplicaciones, tanto en sectores industriales como en el uso doméstico. Estos dispositivos son especialmente efectivos para mejorar el rendimiento térmico de sistemas de transferencia de calor, lo cual permite la reducción de costos operacionales y de fabricación de equipos térmicos. A pesar de esto, los estudios se suelen centrar en el uso de un único par de GVL a lo largo de un extenso canal. En este trabajo se simularán arreglos con múltiples GVL dentro de un intercambiador de calor (IC), con el propósito de estudiar cómo afecta la altura de los GVL en el rendimiento global del sistema.

El objetivo principal de este trabajo es encontrar la configuración de GVL que obtenga el mejor rendimiento dentro de los 18 casos de estudio. Para esto, es importante tener en cuenta que no solo se busca mejorar la transferencia de calor del sistema, sino también controlar la pérdida de carga del mismo. Para poder llevar a cabo esta valoración entre todos los casos, se utiliza el factor de rendimiento termo-hidráulico (TEF). Los objetivos específicos se centran en definir un modelo computacional válido para realizar las simulaciones y en realizar la comparación entre los casos de estudio utilizando el software Ansys Fluent.

Los resultados obtenidos muestran que el comportamiento del TEF es decreciente a medida que aumenta el número de Reynolds para todas las alturas de GVL estudiadas, exceptuando el caso en que la altura de GVL es 10% de la altura del canal, donde muestra un comportamiento casi constante al variar el Reynolds. Todas las configuraciones estudiadas permiten aumentar el rendimiento del sistema con respecto al caso base, lo cual se debe al aumento en la mezcla del fluido que genera la aparición de vórtices dentro del IC.

Finalmente, se concluye que la mejor configuración dentro de todos los casos de estudio corresponde al caso con GVL del tipo Delta Winglet, en el que la altura de estos corresponde al 20 % de la altura del canal, alcanzando una mejora en el rendimiento termo-hidráulico de hasta un 43% con respecto al caso sin presencia de GVL.